光学材料：ナノ格子パターンを有する有機太陽電池による自己給電型ウルトラフレキシブルエレクトロニクス
Nature 561, 7724 doi: 10.1038/s41586-018-0536-x
次世代の生体医療デバイスは、自己給電型であるとともに、ヒトの皮膚などの組織と適合する必要がある。そうしたデバイスによって、外部からの電力供給やかさばる接続ワイヤーを必要とせずに、生理学的信号の正確かつ連続的な検出が可能になると思われる。自己給電機能は、可動で複雑な三次元形状の組織や皮膚に貼り付けることができるフレキシブル太陽電池によって実現される可能性がある。物体の周囲に巻くことのできるウルトラフレキシブル有機電源は、長期動作において機械的・熱的に安定であることが示されているため、人体適合性電子デバイスに役立つ可能性がある。しかしこうした電源は、機械的変形や角度変化の下では出力が不安定になるため、センサーなどの機能性電気デバイスとの一体化はまだ実証されていなかった。また、高温や高エネルギーを用いる作製過程は、機能性デバイスの活性物質を損傷したり、厚さ数マイクロメートルのポリマー基材を変形させたりする可能性があるため、電源・センサー一体型デバイスを作製する際にはこうした過程を最小限にする必要もある。今回我々は、皮膚などの組織に貼り付けて生体信号を非常に高い信号対雑音比で測定できる自己給電型ウルトラフレキシブル電子デバイスを実現した。我々は、厚さ1 μmのウルトラフレキシブル基材の上で、センサーとして用いる有機電気化学トランジスターと有機太陽電池電源を一体化させた。そして、ハイスループットの室温成形過程を用いて、電荷輸送層上にナノ格子形状（760 nm周期）を形成した。これによって、有機太陽電池の効率が大幅に向上し、10.5％に達する高い電力変換効率と11.46 W g−1という高い重量当たりの電力値が得られた。今回の有機電気化学トランジスターは、生理学的条件下で0.8 mSのトランスコンダクタンスと1 kHzを超える速い応答速度を示し、心臓信号検出において40.02 dBの最大信号対雑音比を示した。今回の知見から、次世代自己給電型エレクトロニクスの汎用的なプラットフォームが得られる。
